【正文】 判斷溫度是否超過(guò)設(shè)定值？ 判斷溫度是否低于設(shè)定值？ 超過(guò)設(shè)定溫度，電機(jī) 轉(zhuǎn)速增加 低于設(shè)定溫度，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低 結(jié)束 Y Y N N 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 行的編程語(yǔ)言。 軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 的主要流程圖如圖 41 所示 ： 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 系統(tǒng)仿真軟件介紹 本設(shè)計(jì)需用到多種軟件，如 Keil uVision4軟件、 Protues 軟件，而且 還 需要編寫(xiě)相應(yīng)的C 語(yǔ)言程序，本節(jié)簡(jiǎn)述一下 C 語(yǔ)言以及各個(gè)軟件的發(fā)展和特點(diǎn)。 系統(tǒng)硬件原理圖 溫度采集和檢測(cè)由主單片機(jī)進(jìn)行控制，并且通過(guò)單片機(jī)的 和 與另外一個(gè)單片機(jī)進(jìn)行通信，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加和減小 ， 控制原理圖如圖 313 所示： 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 313 溫度控制原理圖 電機(jī)轉(zhuǎn)速和數(shù)碼管控制由另一個(gè)單片機(jī)控制，并且通過(guò) 和 和主單片機(jī)進(jìn)行通信。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時(shí)不斷給 L298N 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送 PWM 波形， H 型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正 轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和急停控制，同時(shí)單片機(jī)不停的將 PWM 脈寬調(diào)制占空比送到 LED 數(shù)碼管完成實(shí)時(shí)顯示 [17]。 本設(shè)計(jì)中， PWM 的斬波周期為 1ms，那也就是說(shuō)斬波頻率為 1KHz， 在理論上能達(dá)到 1‰線性可調(diào)，也就是能以 %的調(diào)節(jié)精度來(lái)調(diào)節(jié) PWM占空比。直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過(guò)轉(zhuǎn)子 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖?，因此此時(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng) [16]。具體功能整理后如下表 33 所示： 表 33 L298N 功能表 IN1 IN2 ENA 電機(jī)狀態(tài) X X 0 停止 1 0 1 順時(shí)針 0 1 1 逆時(shí)針 0 0 0 停止 1 1 0 停止 直 流電機(jī) 本設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)， 直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。電機(jī)會(huì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) ENA 為高電平的時(shí)候 IN1 和 IN2 的信號(hào)輸出才是有效的。 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 圖 311 L298N 管腳圖 芯片簡(jiǎn)要說(shuō)明： 驅(qū)動(dòng)芯片：全新原裝 L298N 雙 H 橋驅(qū)動(dòng)芯片 驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍 VMS： +5V~+30V 驅(qū)動(dòng)部分峰值電流： 2A 邏輯部分端子供電范圍 VSS： ~ 邏輯部分工作電流范圍： 0~47mA 控制信號(hào)輸入電壓范圍：高電平 ~ 低電平 0V 最大功耗： 20W 存儲(chǔ)溫度： 25℃ ~+130℃ 當(dāng) L298N 的 ENA 通道為低電平時(shí)候， IN1 通道和 IN2 通道的輸入信號(hào)是無(wú)效的。 L298N 提供兩個(gè)使能輸入端，可以在不依賴于輸入信號(hào)的情況下，使能或禁用 L298N 器件 [15]。 LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼 管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。了解 LED 的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。四位共 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 陽(yáng)數(shù)碼管如圖 39 圖所示： 圖 39 四位共陽(yáng)數(shù)碼管 常用的 LED 顯示器為 8 段。 LED 顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“ LED”。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用， LCD1602 引腳如圖 37 所示： 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 37 LCD1602 引腳圖 1602 具有標(biāo)準(zhǔn)的 16 引腳腳接口，各個(gè)引腳功能如下： 第 1 腳： GND 為電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳：液晶顯示偏壓（調(diào)節(jié)對(duì)比度） 第 4 腳：寄存器選擇 第 5 腳： R/W 讀 /寫(xiě) 第 6 腳：使能端 第 7~14 腳：數(shù)據(jù)總線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連 第 15 腳：背光板電源，串聯(lián) 1 個(gè)滑動(dòng)變阻器 第 16 腳：背光板電源地 LCD1602 和單片機(jī) STC89C52 的連接電路非常簡(jiǎn)單， RS、 RW、 EN 分別接主控單片機(jī)的 、 、 腳， DB0~DB7 接到主控單片機(jī)的 P0 數(shù)據(jù)接口。 溫度 顯示器 模塊 LCD1602 可以顯示為 162 的數(shù)字和字符內(nèi)容，即能夠顯示兩行，每一行具有 16 個(gè)液晶模塊。主機(jī)在讀時(shí)序的時(shí)候一定要釋放總線，且在時(shí)序開(kāi)始后的 15 微秒中采樣總線狀態(tài)。一切讀時(shí)序至少要 60 微秒，而在兩次獨(dú)立的讀時(shí)序當(dāng)中至少需要 1 微秒的恢復(fù)時(shí)間。 (3) 讀時(shí)序 主機(jī)采樣主機(jī)采樣454511主機(jī)寫(xiě)1 時(shí) 序主機(jī)寫(xiě)0 時(shí) 序 圖 36 讀時(shí)序 總線器件只在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序的時(shí)候，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。寫(xiě)“ 1”時(shí)序：主機(jī)先輸出 低電平，延時(shí) 2 微秒后釋放總線再延時(shí) 60 微秒。一切寫(xiě)時(shí)序最少要 60 微秒，并且在兩次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序當(dāng)中最少要 1 微秒的恢復(fù)時(shí)間。如果為低電平，就再延時(shí) 480 微秒。主機(jī)輸出低電平，且保持低電平的時(shí)間至少 480 微秒，從而產(chǎn)生復(fù)位脈沖。主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。具體工作方法如圖 3 3 36所示。 復(fù)位時(shí)，先得取得單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)線 下拉 500μs再釋放，待 DS18B20 取到命令信號(hào)，等待 15~60μs左右后，再發(fā)出 60~240μs的存在低脈沖，最后主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 (2) 復(fù)位成功之后都會(huì)送出 ROM 命令。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體是由： 64 位光刻 ROM、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 與 TL、配置寄存器 與 高速暫存器 這 4 個(gè)部分組合而成。 (7) 能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)連接功能，多個(gè) DS18B20 能夠并聯(lián)在統(tǒng)一的三線上，完成多點(diǎn)溫度測(cè)量。 (5) “ 0”功耗待機(jī)。 (3) 在實(shí)際的使用中不需要外接其他器件就能測(cè)溫。 DS18B20 具體特性如下： (1) DS18B20 采用了單總線技術(shù)，可通過(guò)串行 口 線，也可通過(guò)其他 I/O 口線與微機(jī)直接接傳感器 就能 直接輸出被測(cè)溫度值。同樣的， DS18B20可編程溫度傳感器它包含 3 個(gè)管腳。它的溫度測(cè)量范圍在 55~+125℃，測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃，特別是在 10℃ ~+85 ℃范圍之間，精度更能達(dá)到177。 溫度傳感器的介紹 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的 1Wire，即單總線器件，它是世界上最早的支持 “一線總線”接口的溫度傳感器 [13]。就用 52系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)應(yīng)該包括單片機(jī)和晶振電路還有復(fù)位電路。 XTAL2（ 18 引腳） ： 振蕩器反相放大器的輸出端。 在 大多數(shù)情況下 ， ALE 的輸出脈沖固定頻率為晶振六分之一 ， 具有 作為 時(shí)鐘 或 外部定時(shí)器 使用 的功能 。 在 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí) 之 后， RST 引腳 隨后 輸出 具有 96 個(gè)晶振周期的高電 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 表 32 P3 端口的復(fù)用功能 引腳號(hào) 復(fù)用功能 RXD XD (外部中斷 0) (外部中斷 1) T0(定時(shí)器 0 的輸入 ) T1(定時(shí)器 1 的輸入 ) (寫(xiě)選通 ) (讀選通 ) 平 有效 。如表32 所示 ： RST(9 引腳 )：復(fù)位輸入。 P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4 個(gè) TTL 輸入。 對(duì)于 Flash ROM 編程和校檢期間， P2也 會(huì) 接受高位 的 地址和一些控制 信息 。 在訪問(wèn)外部和 16 位地址存儲(chǔ)器時(shí)， P2 端口 送出高 8 位地址。 P1 端口 (~)： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 VSS(20 引腳 )：接地。 STC89C52 有兩種編程方法，既可以按照常規(guī)編程， 同時(shí)又可以在線編程。 STC89C52的引腳 STC89C52 共有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器， 2 個(gè)外中端口， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě)口線。 共 3 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 ，為 T0、 T T2 定時(shí)器。 ISP/IAP， 不需要專門(mén)的 編程器，可 直接 通過(guò) 串口直接 燒 程序， 下載非常的快速。 工作頻率范圍： 0~40MHz。最高運(yùn)作頻率 35MHz。 當(dāng)處于 空閑 狀態(tài)時(shí) ， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。擁有 8 位 CPU 和可編程 Flash， 使得 STC89C52 在 控制 系統(tǒng) 提供 使用范圍廣 、有效的方案。 此外， STC89C52 具有無(wú)法解密低功耗，超低價(jià)高速，可靠性強(qiáng)，抗靜電，超強(qiáng)的抗干擾力和功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn) [11]?？紤]到 52 型有更強(qiáng)大的功能， ROM 和 RAM 有更大的存儲(chǔ)空間等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)， 52 型還兼容51 型指令系統(tǒng)。 (3) 指揮并控制 CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。其主要功能有： (1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。 (2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。 單片機(jī) 的 基本結(jié)構(gòu) 運(yùn) 算器 運(yùn)算器 是將來(lái)自于累加器和數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或者邏輯運(yùn)算。所以，在測(cè)控系統(tǒng)中，使用 52 單片機(jī)是 最為理想的選擇。因?yàn)樗菍儆谛酒奈⑿陀?jì)算機(jī)，所以每個(gè)功能部件在芯片上的布局與結(jié)構(gòu)都得到最優(yōu)化，使得工作也相對(duì)穩(wěn)定。在中央處理單元之中集成了既方便又靈活的專用寄存器，這讓人們使用單片機(jī)得到了很大的便利。它是由 CPU、 RAM 存儲(chǔ)器、 ROM 存儲(chǔ)器、I/O 接口，還有可能包括定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口、顯示電路（ LCD 和 LED 電路）、脈寬調(diào)制電路、模擬轉(zhuǎn)換器等多種 電路均集成在了同一個(gè)單塊芯片之上，從而，構(gòu)成了一個(gè)最小但完善的單片機(jī)任務(wù)。以下是對(duì) 硬件 的 功能與原理 簡(jiǎn)介。所以在最終的對(duì)比下選擇方案二。 所以經(jīng)過(guò)上述兩種方案的對(duì)比，本次設(shè)計(jì)挑選方案二來(lái)作為設(shè)計(jì)方案。從而滿足多方面的設(shè)計(jì)要求。 此系統(tǒng)采用 STC89C52單片機(jī)來(lái)控制數(shù)字溫度傳感器 DS18B20從而進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度的檢測(cè)與顯示，不僅可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，還能夠根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定上下限報(bào)警溫度的范圍。而且它體積小、硬件實(shí)現(xiàn)方便、組合安裝簡(jiǎn)單。如此，溫度測(cè)控系統(tǒng)就簡(jiǎn)化了很多。關(guān)鍵 DS18B20 的最大的特點(diǎn)之一就是它采用了單總線形式的數(shù)據(jù)傳輸。 ℃。而且它的物理和化學(xué)性都很穩(wěn)定， 更加適用于做工業(yè)測(cè)溫。 (2) 方案二 利用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20來(lái)進(jìn)行測(cè)量溫度。感溫電路不僅比較麻煩。并 用 具 有 A/D 通道的單片機(jī)， 再 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 之 后，就 能 用單片機(jī) 來(lái)實(shí)行 數(shù)據(jù)處理， 之后在顯示電路上 將被測(cè) 的 溫度顯示出來(lái)。 (1) 方案一 由于是測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，所以可以用熱敏電阻之類的器件。從而組成一個(gè)具有高低溫的溫度控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速 顯示溫度 L298 DS18B20 STC89C52單片機(jī) STC89C52單片機(jī) 電機(jī) 合肥師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 如圖 21 所示 [6]。 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 首先 由 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行采 集當(dāng)前溫度，然后傳輸?shù)?STC89C52 單片機(jī)中，再由 LCD1602 液晶顯示器顯示出，當(dāng)測(cè)溫超出本次設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)的警告值時(shí)，電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)并且電機(jī)的轉(zhuǎn)速最終控制在一百 。 2. 總體方案的分析與論證 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 本次設(shè)計(jì)的硬件部分是以 STC89C52 單片機(jī)為核心，通過(guò) DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量，根據(jù)溫度的高低來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)人為的設(shè)置溫度警戒值的上下限，來(lái)適用于不同場(chǎng)合的需要。它在 正常工作的時(shí)候直接顯示當(dāng)前溫度，當(dāng)溫度的變化超出或低于所設(shè)定的警戒值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)兩個(gè)通信端口傳輸?shù)搅硪粋€(gè)單片機(jī)上，從而提醒注意溫度變化來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 本論文 設(shè)計(jì)內(nèi)容 在本次的設(shè)計(jì)研究當(dāng)中，本次設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一個(gè) 數(shù)字溫度計(jì)控制的電機(jī)。其中以美德日瑞典等國(guó)尤為突出，都已生產(chǎn)出了一批商品化且具有高性能的溫度控制器及儀器儀表，并在 各行各業(yè)都有廣泛應(yīng)用。因此大多需要依靠人為的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定控制的參數(shù)。并且，一些先進(jìn)國(guó)家雖已經(jīng)有一批成熟的產(chǎn)品 [3]。但它只可以適用于一般的溫度控制系統(tǒng) ，難于控制 、復(fù)雜、滯后、時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)。跟美德日等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有差距。像化工、電力、冶金、石油、機(jī)械制造、